V moderných domácnostiach sa tepelné čerpadlo stáva čoraz obľúbenejšou voľbou, a to nielen pre vykurovanie a ohrev vody, ale aj pre chladenie priestorov v letných mesiacoch. Vďaka svojej efektivite a možnosti reverzného chodu dokáže zabezpečiť príjemnú klímu po celý rok.
Princíp fungovania chladenia tepelným čerpadlom
Tepelné čerpadlo dokáže chladiť dom vďaka funkcii, ktorá sa označuje ako „natural cooling“ alebo „active cooling“. V protiklade s pôvodným vykurovacím systémom sa chladenie tepelným čerpadlom postará o príjemné pohodlie vo vašom domove. Základný princíp fungovania chladenia tepelným čerpadlom je jednoducho opačný ako pri vykurovaní. Konkrétne povedané, tok tepla v tepelnom čerpadle sa otočí. Z kondenzátora sa stáva výparník a teplo z miestností sa prenáša na chladivo, ktoré je potom odvádzané do exteriéru. Pre tento proces je potrebný 4-cestný ventil a druhý expanzný ventil.
Rozdiel medzi pasívnym a aktívnym chladením
Na ochladenie miestností v lete existujú rôzne možnosti. Na rozdiel od klasických klimatizácií, ktoré transportujú ochladený vzduch jedným alebo viacerými kanálmi v dome k miestu určenia, tepelné čerpadlo chladí príslušné miestnosti prostredníctvom potrubia vykurovacieho systému. Ďalšou alternatívou je okrem toho solárne chladenie, ktoré sa dá tiež realizovať tepelným čerpadlom.
Pasívne chladenie („natural cooling“)
Pasívne chladenie, označované v odbornom žargóne aj ako „natural cooling“, pracuje s prirodzenou teplotou okolia. Pre tento druh chladenia sú vhodné iba tepelné čerpadlá typu zem/voda a voda/voda. Tepelné čerpadlo typu vzduch/voda nie je vhodné. Kvapalina, teda soľanka, odoberá teplo z existujúceho vykurovacieho okruhu pomocou výmenníka tepla a odovzdáva ho potom bezprostredne smerom von (do zeme alebo podzemnej vody). Tepelné čerpadlo je, podľa pasívneho spôsobu fungovania, počas tejto činnosti vypnuté, čo výrazne redukuje náklady na chladenie. Beží všeobecné nastavenie jednotlivých komponentov, ale nie aktívna plná prevádzka. Miestnosti sa v tomto prípade chladia účinne jednoduchým odoberaním a odovzdávaním tepla do zeme alebo spodnej vody prostredníctvom sond. V zásade sa pri tomto princípe nerieši chladenie cez kompresor. Soľanka alebo spodná voda, ktoré fungujú ako médiá na prenos chladu, prídu do výmenníka tepla. Tam sa dostáva chladiaca voda do styku s príslušnou izbovou teplotou. Výmenník tepla sa postará o vyrovnanie teploty. Prevádzka chladenia je takmer zadarmo, stačí poháňať len obehové čerpadlá.
Pasívny režim však nie je možné využiť na plnohodnotné chladenie, ak je ako primárny zdroj použitý plošný kolektor. Tu a v niektorých ďalších prípadoch treba do prevádzky opäť zapojiť aktívny reverzný režim chladenia za pomoci kompresora. Ak máte tepelné čerpadlo, ktoré nie je reverzibilné, môže sa využiť na pasívne chladenie vtedy, ak sa dá namontovať trojcestný zmiešavací ventil.
Aktívne chladenie („active cooling“)
Pri aktívnom chladení tepelným čerpadlom sa vlastná funkcia tepelného čerpadla, teda ohrev vody alebo vykurovanie, jednoducho otočí. To znamená: Tepelné čerpadlo zmení s teplom z domu chladivo na paru a odovzdáva teplo cez kondenzátor do primárnej strany (soľankový okruh, vzduchový výmenník tepla). Naopak ako pri výrobe tepla sa v tomto prípade zo vzduchu vnútri odoberá teplo a odvádza sa do exteriéru. Na prevádzku preto spotrebuje o niečo viac elektrickej energie, ako pri pasívnom variante.
Aby ste mohli aktívne chladiť miestnosti, tepelné čerpadlo musí byť pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné.
Typy tepelných čerpadiel vhodných na chladenie
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch sa zvyčajne označujú ako klimatizácie. Majú vnútornú a vonkajšiu jednotku, ktoré spolu tvoria jeden split systém. Môžete si tiež vybrať vonkajšiu jednotku, ktorá sa pripája až k piatim vnútorným jednotkám. V takom prípade ide o tzv. multi-split systém. Ich hlavnými funkciami sú vykurovanie a chladenie. K niektorým multi-split systémom môžete pripojiť aj zásobník teplej pitnej vody. Ide o riešenia do jednej miestnosti, ktoré sú najlacnejšie a majú najjednoduchšiu inštaláciu. Sú k dispozícii rôzne typy: nástenné (najbežnejšie), parapetné a kanálové. Spomedzi ostatných typov tepelných čerpadiel má najnižšiu obstarávaciu cenu a zvyčajne dokáže byť použité aj na chladenie. Je vhodné do menších priestorov, nie s veľa miestnosťami.
Tepelné čerpadlá vzduch-voda
Tepelné čerpadlo vzduch-voda je schopné okrem vykurovacej vody pripraviť aj chladiacu vodu, ktorou sa následne ochladzuje interiér. Vonkajšia jednotka pritom vyzerá ako klasická klimatizácia. Pri vnútornej jednotke hrá dôležitú funkciu hydrobox s výmenníkom - zabezpečuje rozvod chladenej vody rúrkami do koncového chladiaceho elementu. Najčastejšie aplikovaný typ vzduch - voda, či už split, alebo monoblok, vie vyrobiť chladiacu vodu v tzv. reverznom (obrátenom) režime prevádzky. Pre pasívne chladenie sa tepelné čerpadlo typu vzduch/voda nehodí. Pre tento druh chladenia je lepšie použiť tepelné čerpadlá typu zem/voda a voda/voda, čiže tie, ktoré prebytočné teplo odovzdávajú smerom von do zeme alebo do podzemnej vody.
Tepelné čerpadlá zem-voda
Typy tepelných čerpadiel zem - voda a voda - voda majú obrovskú výhodu v tom, že vedia využiť tzv. pasívny režim chladenia, ktorý na svoj chod nevyžaduje chod kompresora. Čerpadlo získava teplo zo zeme prostredníctvom vrtu, v ktorom sa nachádza plastová sonda s nemrznúcou zmesou. Veľkou výhodou je, že takéto čerpadlo si môže zaobstarať aj domácnosť s menším pozemkom a je možné ho využiť aj na chladenie. Je bezhlučné a bezúdržbové. Tepelné čerpadlá zem-voda možno nainštalovať horizontálne alebo vertikálne. Horizontálna uzavretá slučka pozostáva z potrubia uloženého v rovine v zemi, tesne pod hranicou zamŕzania (v hĺbke približne 1 až 2,5 metra). Táto inštalácia vyžaduje veľkú plochu, aby sa zabezpečila dostatočná extrakcia tepla zo zeme. Vertikálny systém tvoria rúry umiestnené v jednom alebo viacerých vrtoch, ktoré siahajú do veľkej hĺbky (približne 15 až 120 metrov). Vrty vyžadujú rozsiahlejšie práce a zvyknú sa používať vtedy, keď sa na pozemok nezmestí horizontálny systém. Tepelné čerpadlá zem-voda sa pripájajú k podlahovému kúreniu, konvektorom tepelného čerpadla a nízkoteplotným radiátorom.
Tepelné čerpadlá voda-voda
Tento typ využíva energiu z podzemnej vody. Ide o veľmi účinné riešenie, no je možné ho použiť len tam, kde sú vhodné hydrogeologické podmienky, napríklad pri domoch v blízkosti vodných zdrojov, studní alebo v oblastiach s vysokou hladinou podzemnej vody. Voda je pre tepelné čerpadlo veľmi vhodným zdrojom energie, nakoľko čerpadlo, ktoré využíva vodu ako zdroj energie má najvyšší tepelný potenciál. Tepelné čerpadlo odoberá teplo zo spodnej vody, ktoré putuje do výmenníka tepelného čerpadla. Po ochladení sa voda vracia späť. Oceníte to v zime, ale aj v lete, ak uvažujete o využití čerpadla aj na chladenie. Limitujúcim faktorom býva jednoznačne výdatnosť studne. Voda však musí spĺňať požiadavky na chemické zloženie.
Zásobník ľadu pre chladenie
V letných mesiacoch sa zásobník ľadovej energie môže využívať aj na prirodzené chladenie budov. Na tento účel sa voda v zásobníku ľadu na konci vykurovacej sezóny mení na ľad získaním energie a prerušením procesu regenerácie. Systém zásobníkov ľadu je vhodný pre všetky budovy s vysokými nárokmi na teplo alebo chlad. Preto sa používa najmä v komerčných projektoch a projektoch miestnych orgánov.
Distribúcia chladu v domácnosti
Hlavnou úlohou tepelného čerpadla je dostať chladiacu vodu v požadovanej teplote do chladiaceho systému. Nežiaduce teplo z interiéru je odvádzané do vonkajšieho prostredia. Pri distribúcii chladu nie je vhodné používať systém podlahového vykurovania, pretože chlad nestúpa. Preto sa odporúča ako koncový element stenový, stropný alebo podlahový plošný vykurovací systém. Klasické radiátory nie sú vhodné, a to kvôli prípadnej kondenzácii vlhkosti. Často sa využívajú drahé riešenia, ako sú chladené stropy, ale existuje aj ekonomická alternatíva v podobe lacnejších klimatizačných jednotiek, známych aj ako fan-coily.
Dôležité: Keďže tepelné čerpadlá chladia budovy cez plošné systémy (podlahové, stropné alebo stenové), nesmie teplota média klesnúť pod teplotu rosného bodu, pretože potom by mohla vlhkosť spôsobiť škody na podlahe alebo v nej.
Dôležité parametre pri výbere a inštalácii
- Výkon: Ak je požiadavka aj na chladenie, je na mieste určiť projektantom aj tepelné zisky.
- Reverzibilita: Každé tepelné čerpadlo môžeme prispôsobiť aj režimu chladenia. Musí byť však pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné a doplnené o ďalšie komponenty.
- Účinnosť chladenia: Na vyjadrenie účinnosti chladenia sa používa koeficient EER (energy efficiency ratio), pri hodnotení sezónnej prevádzky potom SEER (seasonal energy efficiency ratio).
- Regulácia: Dôležité je doplniť vhodnú reguláciu, ktorá okrem teploty chladiacej vody stráži aj teplotu rosného bodu.
- Profesionálna inštalácia: Pred kúpou tepelného čerpadla by ste sa mali poradiť s odborníkom na vykurovanie a chladenie. Tak zabezpečíte, aby bolo zakúpené zariadenie vhodné aj na chladenie miestností.